錨樁法靜載樁基檢測在港口工程試樁中的應(yīng)用

劉 捷，顧章川，俞先江

(1.河海大學(xué)，江蘇 南京 210098;2.連云港港口建設(shè)項目管理有限公司，江蘇連云港 222042;3.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇南京 210005)

1 工程概況

連云港某港區(qū)設(shè)計吞吐量為1 000萬t，擬建設(shè)2個10萬t級通用泊位，形成碼頭岸線640 m，水工結(jié)構(gòu)按照15萬t級散貨船靠泊設(shè)計。碼頭基樁形式主要為φ1 200 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鋼管樁。

根據(jù)工程勘察資料，可作為樁基持力層的粉砂層標(biāo)貫擊數(shù)各區(qū)域差異較大(個別區(qū)域缺失)，而中砂層分布標(biāo)高及厚薄不均(局部區(qū)域缺失)。擬根據(jù)不同區(qū)域分別選擇粉砂層或中砂層作為樁基的持力層，所以需要通過一組基樁的靜載試驗，確定合適的樁長和施工工藝，為該港區(qū)建設(shè)地基處理方案的優(yōu)化積累基礎(chǔ)資料。

2 試樁方案的設(shè)計

本次試樁布置在2#引橋的變電站平臺處(MZK22鉆孔附近)，檢測平臺由2根試樁、6根錨樁、1根基準(zhǔn)樁及2根試打樁組成。試樁S1為φ1 200 mm長54 m的鋼管樁。試樁S2為φ1 200 mm長51 m的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。錨樁M1～M6及基準(zhǔn)樁J，試打樁D1，D2均為φ1 200 mm長51 m的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。錨樁及基準(zhǔn)樁平面布置見圖1。

根據(jù)地質(zhì)報告中土層物理力學(xué)指標(biāo)及土層埋深，預(yù)估極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值:試樁S1為9 130 kN;試樁S2為8 960 kN。本次試樁內(nèi)容包括:單樁豎向抗壓靜載試驗、高應(yīng)變動力測試。

圖1 錨樁及基準(zhǔn)樁平面布置(單位:mm)

3 單樁豎向抗壓靜載試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗的目的是確定豎向抗壓極限承載力，確定碼頭區(qū)域各土層的樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值，確定各試樁的剛性系數(shù)和恢復(fù)系數(shù)。本次試驗依據(jù)的主要規(guī)范為《港口工程基樁靜荷載試驗規(guī)程》(JTJ 255—2002)。

1)試驗平臺的搭設(shè)。試驗操作平臺與錨樁連成一體，支承于錨樁上，平臺主要由工字鋼和槽鋼縱橫交錯布置搭建而成，上面鋪5 mm厚花紋鋼板，供擱置油泵、儀器和工作人員操作之用(平臺承載能力為2 kN/m2)，如圖2所示。

圖2 平臺系統(tǒng)

2)反力系統(tǒng)。試驗采用錨樁反力架法，試驗設(shè)備為拼裝式荷載架——12 000 kN級別的荷載梁，由2根主鋼梁、2根次梁，配以若干樁帽、拉桿組成。錨樁與樁帽之間通過鋼圈和鋼筋連接。反力系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 反力系統(tǒng)

3)加載系統(tǒng)。根據(jù)試樁的最大加載量，將4臺5 000 kN同型號的分離式油壓千斤頂并連，通過高壓油泵聯(lián)動加載，荷載通過標(biāo)定的液壓傳感器和二個精密壓力表同時控制，兩者之間相互校正。

4)測量系統(tǒng)。在試樁四周對稱安裝4個電子位移計測量樁下沉量。在錨樁上分別安裝1個電子位移計測量樁上拔量，測量儀表安裝在擱置于基準(zhǔn)樁上的基準(zhǔn)梁上。樁端阻力和樁側(cè)阻力通過應(yīng)變計測定。應(yīng)變測點沿樁側(cè)對稱布置，每土層設(shè)測點一對以上。根據(jù)不同截面的應(yīng)變測量值計算出該截面處樁的軸向力，再分別計算出樁端阻力和樁側(cè)摩阻力。

5)加載方法。加載采用快速維持荷載法，每級加載為最大試驗荷載的1/10，第一級按2倍分級荷載加載。每級卸載為2倍加載級。為準(zhǔn)確確定基樁承載力，當(dāng)加載達(dá)到預(yù)估荷載的70%左右，每次加載量為1/2級荷載。

6)加載分級。試樁加載順序:0→1 500→3 000→4 500→4 800→5 600→6 400→7 200→8 000→8 400→8 800→9 200→9 600→10 000→10 400→10 800→11 200→11 600→12 000 kN。

為了獲得剛性系數(shù)，根據(jù)設(shè)計單位提供的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，永久荷載與可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的組合值分別為4 500，1 500 kN，確定循環(huán)加卸載應(yīng)力路徑如下:1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500 kN。

7)測讀時間。變形量觀測時，試樁樁頂沉降量每級加載后，第0，5，10，15，30 min(外海氣象、水文條件惡劣，將每級荷載維持時間定為30 min)測記1次沉降量。

8)終止加載。根據(jù)《港口工程基樁靜載荷試驗規(guī)程》(JTJ 255—2002)的規(guī)定，當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時，可終止加載:

①樁頂總沉降量超過40 mm，且在某級荷載作用下，樁的沉降量為前一級荷載作用下的5倍或Q－S曲線出現(xiàn)可判定極限承載力的陡降段。

②加載已達(dá)到試樁設(shè)備的承載能力。

③在加載過程中，發(fā)現(xiàn)試驗樁樁頂偏離軸線的位移過大，危及試驗安全。

④檢驗性試驗的加載量達(dá)到設(shè)計要求。

試樁S1最大加載量達(dá)到12 000 kN，樁頂沉降為32.73 mm，超過單樁預(yù)估極限承載力;試樁S2最大加載量達(dá)到10 800 kN時，樁出現(xiàn)急劇沉降，樁的沉降量為10 400 kN級沉降的5倍，終止試驗，樁頂沉降達(dá)到25.00 mm。

9)卸載觀測。每級卸載量為每級加載量的2倍，每級卸載測量時間為 0，5，10，15 min。

10)單樁豎向抗壓極限承載力的確定:①取Q－S曲線陡降段起點對應(yīng)的荷載值;②取S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載值。

本次試驗共進(jìn)行高應(yīng)變動力測試14次(初打、復(fù)打)。高應(yīng)變測試:檢測儀器采用武漢巖土力學(xué)研究所RSM-24FD型浮點工程動測儀，將存儲在磁盤上的原始信號回放，利用PSP_WAP軟件進(jìn)行波形擬合分析。主要了解樁身應(yīng)力分布，不同入土深度時樁的單樁承載力。本次檢測結(jié)果表明樁身質(zhì)量完好。

4 試樁檢測結(jié)果

1)試驗結(jié)果的基樁承載力、剛性系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)、完整性如表1所示。

表1 基樁承載力、恢復(fù)系數(shù)、完整性

2)根據(jù)2組試樁的結(jié)果，推薦本工程各土層側(cè)摩阻力如表2。

表2 試樁樁側(cè)摩阻力

5 結(jié)論

1)整個試樁試驗歷時5個月，完成了對超長大直徑預(yù)應(yīng)力混凝土管樁超高噸位錨樁法靜載抗壓試驗，驗證了混凝土管樁及鋼管樁在工程區(qū)域的施工可行性，為該港口工程設(shè)計和工程樁施工提供了參數(shù)。

2)沉樁工藝檢驗結(jié)果表明，D-138型柴油錘樁機(jī)開Ⅱ檔對于沉樁至設(shè)計標(biāo)高是可行的，但考慮到場區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，建議在沉樁施工中應(yīng)根據(jù)具體情況采用高程控制為主，貫入度作為校核的方法。

3)錨樁法靜載試驗的成功，說明了設(shè)計、制作的“四錨一”的梁—錨樁反力系統(tǒng)、加載裝置(并聯(lián)千斤頂、油泵)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是先進(jìn)、可靠、安全的，為超高噸位錨樁法在港口工程的試樁積累了寶貴經(jīng)驗。

[1]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTJ 254—1998 港口工程樁基規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTJ 255—2002 港口工程基樁靜載荷試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2002.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTS 167-6—2011 港口工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2011.

[5]馬駿.虎門大橋東塔樁基大噸位靜載試驗研究[J].公路交通科技，2002，19(2):70-73.